BRPI0715558A2

BRPI0715558A2 - sensor fotoacéstico

Info

Publication number: BRPI0715558A2
Application number: BRPI0715558-1A
Authority: BR
Inventors: Robert E Uber
Original assignee: Mine Safety Appliances Co
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2007-11-01
Publication date: 2013-07-02
Also published as: CN102636437B; CN102636437A; CA2667993A1; EP2080009A2; WO2008118144A2; CA2667993C; MX2009004630A; US7886576B2; US20080252891A1; AU2007349840B2; CN101535794A; EP2080009B1; WO2008118144A3; CN101535794B; AU2007349840A1

Abstract

PROTEÍNA DE FUSçO HÍBRIDA IMUNOGÊNICA, COMPOSIÇçO, USO DE UMA PROTEÍNA OU UMA PARTÍCULA, MÉTODO PARA TRATAR UM PACIENTE SUSCETÍVEL À INFEÇçO POR PLASMàDIO, SEQUÊNCIA DE NUCLEOTÍDEO, HOSPEDEIRO, E, PROCESSO PARA A PRODUÇçO DE PROTEÍNA. A presente invenção diz respeito a uma nova proteína hibrida/de fusão derivada da proteína CS de plasmodium vivax (P.vivax), métodos para preparar e purificar a mesma, seu uso na medicina, particularmente na prevenção de infecção malarianas, por exemplo, aquelas causadas po P. vivax, composições/vacinas contendo a proteína ou anticorpos contra porteína, tais anticorpos monoclonais ou policlonais e o uso dos mesmos, particularmente, na terapia. A também estende-se a partículas de lipoproteína da dita proteína híbrida e formulação e vacinas que compreendem as mesmas e o uso destas. Em particular, este diz respeito a uma proteína de fusão híbrida imunogênica que compreende: a. pelo menos uma unidade de repetição derivada da região de repetição de uma proteína de um circunsporizóite do tipo I de P. vivax, b. pelo menos uma unidade de repetição derivada da região de repetição de uma proteína de um circunsporozóide do tipo II de P. vivax, e antígeno de superfície S derivado de vírus de hepatite B ou um fragmento mesmo.

Description

"SENSOR FOTOACÚSTICO" Pedidos de Patente Correlacionados

O presente pedido de patente reivindica a prioridade do pedido de patente norte-americana provisório No. US 60/857.042 depositado em 6 de novembro de 2006, cuja descrição completa é aqui incorporada a titulo de referência. Antecedentes da Invenção

A presente invenção refere-se geralmente a sensores de gás e, mais particularmente, a sensores de gás fotoacústicos. A informação a seguir é proporcionada com o intuito

de auxiliar o leitor a entender a invenção abaixo revelada e o ambiente no qual a mesma será tipicamente usada. Os termos aqui usados não tem a intenção de limitar, de forma alguma, qualquer interpretação a não ser onde seja claramente indicado neste documento. As referências aqui estabelecidas podem facilitar o entendimento de acordo com a presente invenção ou os antecedentes de acordo com a presente invenção. A revelação de todas as referências aqui citadas é aqui incorporada por referência.

O uso de sensores de gás difusos para detectar o nivel de concentração de espécies gasosas de interesse usando o efeito fotoacústico é algo bastante conhecido. Por exemplo, a patente norte-americana No. US 4.740.086 revela o uso de um sensor de gás fotoacústico difuso para converter a energia ótica de uma fonte de luz de amplitude modulada em uma energia acústica quando a luz mecânica e termicamente excita a espécie gasosa de interesse conforme a mesma difusa em uma câmara de sensor sobre a qual a luz é incidente. Ondas de som com uma intensidade correspondendo ao nivel de concentração do gás no interior da câmara são geradas conforme a radiação da luz absorvida pelo gás cria flutuações de pressão de uma magnitude que é proporcional ao número das moléculas de gás localizadas no interior da câmara de sensor. Essas ondas de som/pressão são detectadas por meio de um detector acústico, tal como um microfone.

Sensores de gás fotoacústicos podem ter válvulas mecânicas para permitir a entrada de amostras de gás quando abertas, as quais então se fecham para manter a amostra de gás e bloquear ruídos acústicos externos. As válvulas têm a desvantagem de requerer energia para serem operadas e têm partes móveis as quais quando desgastadas acarretam em um tempo de vida limitado (tipicamente 0.5 a 3 anos).

Um elemento difusor de gás tal como aquele descrito na patente norte-americana No. US 4.740.086 poderia ser usado para permitir, simultaneamente, a difusão do gás e a atenuação de ruídos acústicos externos. Mas, o grau de atenuação e a taxa de difusão de gás é algo comprometedor. Uma difusão de gás mais rápida é tipicamente acompanhada de uma atenuação de ruídos externos reduzida. Assim sendo, um sensor fotoacústico que usa um elemento de difusão (ao contrário daquele que usa válvulas) é mais suscetível a ruídos acústicos externos a partir do ambiente entrando através do elemento de difusão.

O sinal de saída de um sensor fotoacústico difusor é suscetível a ruídos criados por meio de interferências a partir de fontes além daquelas causadas por flutuações de pressão de ar, tais como vento, vibração e fenômenos acústicos. Para eliminar tais ruídos, é possível incorporar alguns meios de atenuação de ondas de pressão externamente geradas, enquanto ao mesmo tempo tentar permitir com que o gás seja livremente difuso no interior da câmara de sensor para a sua detecção. Por exemplo, membros porosos através dos quais o gás é difuso relativa e prontamente, mas os quais atenuam o efeito de flutuações de pressão externas, são freqüentemente posicionados na entrada dos sensores acústicos.

Todavia, se faz necessário equilibrar este efeito de atenuação com um aumento correspondente em tempo de resposta. No que diz respeito a este fator, a introdução de um elemento de atenuação de som/de pressão ou de elementos para reduzir o ruído, tipicamente, resulta em uma perda correspondente de resposta para a mudança de concentração a ser analisada. As especificações para detectores de gás combustível do Instrument Society of America (ISA) requerem uma estabilidade de medição do nível de concentração de gás sofrendo velocidades de vento de até 5 metros por segundo (m/s) com um tempo de resposta correspondente (a 60% da indicação em escala total) de menos de 12 segundos.

A patente norte-americana No. US 7.034.943 revela um elemento amortecimento de som/pressão (Sound/Pressure Damping Element = SDE) , desenhado para o uso em um sensor de gás fotoacústico não ressonante e difusor (detector). 0 SDE reduz o ruído de baixa freqüência e externo até níveis aceitáveis enquanto ao mesmo tempo permite ao detector fotoacústico (sensor) manter um tempo de resposta adequado para mudar os níveis de concentração de gás.

De uma maneira geral, o detector fotoacústico da patente norte-americana No. US 7.043.943 inclui um primeiro volume tendo um sistema de sensor para detecção fotoacústica em seu interior. 0 primeiro volume está em conexão fluida com o ambiente através de uma abertura de tal maneira que o gás a ser analisado pode difundir no interior do primeiro volume através da abertura. O detector fotoacústico da patente norte-americana No. US 7.043.943 inclui adicionalmente, um segundo volume (um volume SDE) em conexão com o primeiro volume de tal maneira que a pressão se equaliza prontamente entre o primeiro volume e o segundo volume e de tal maneira que a difusão do gás a ser analisado a partir do primeiro volume para o segundo volume é impedido (ou é reduzido no que diz respeito a sua difusão de gás a ser analisado no interior do primeiro volume a partir do ambiente).

Tipicamente, o segundo volume é substancialmente

maior (por exemplo, 300 mL) do que o primeiro volume (por exemplo, 1 mL) para intensificar a atenuação das flutuações de pressão externa. O primeiro volume pode, por exemplo, ser conectado ao segundo volume por meio de um canal que é formatado para limitar a difusão do gás a ser analisado através do mesmo. O canal pode, por exemplo, ser alongado e ter uma pequena seção transversal comparada à abertura do primeiro volume. As desvantagens de um SDE incluem um grande volume de gás é requerido (especialmente para gases explosivos) , o tempo para a amostra de o gás preencher o grande SDE, e o tamanho/volume fisico do SDE.

A patente norte-americana No. US 7.106.445 revela um sensor de gás fotoacústico utilizando difusão tendo um sensor de volume e um sensor de pressão acústico de volume tendo um sensor de pressão acústico de tal maneira que a conexão fluida entre o sensor de volume e o sensor de pressão acústico de volume restringe o fluxo do gás a ser analisado através do mesmo mas não restringe a transmissão do sinal fotoacústico através do mesmo. Os métodos e os dispositivos da patente norte-americana No. US 7.106.445 proporcionam o controle da difusão do gás a ser analisado no interior de "um sensor de gás fotoacústico difuso para aperfeiçoar o tempo de resposta do sensor quando, por exemplo,

comparado a um sensor com um grande SDE.

A patente norte-americana No. US 6.006.585 revela um

sensor de gás fotoacústco (ou ótico acústico) incluindo um corpo de sensor, uma fonte de luz, uma célula de medição com uma membrana permeável a gás, um microfone de medição, e um filtro de medição ótico entre a fonte de luz e a célula de medição. 0 sensor também inclui uma célula de referência que é separada a partir da célula de medição. A célula de referência é geralmente idêntica em volume e em forma a célula de medição. Cada uma das células de referência e a célula de medição incluem uma entrada de gás.

A célula de referência tem um microfone de referência que é protegido contra sinais fotoacústicos a partir do gás a ser detectado. No que diz respeito a este fator, a célula de referência é substancialmente livre a partir de radiação ótica modulada tendo um comprimento de onda de absorção do gás a ser detectado. 0 sinal de medição, o qual indica a concentração de gás, é obtido pela subtração dos sinais a partir dos microfones de medição e do microfone de referência. Como um resultado da subtração, é esperado que os

sinais de interferência causados por vibrações ou por flutuação na pressão de ar sejam eliminados (o primeiro mencionado através do uso do microfone de referência o qual não recebe sinais a partir do gás a ser medido, e o último mencionado devido à separação espacial da célula de referência com o microfone de referência). Veja a col. 1, linha 49 até a col. 2, linha 7.

Conforme brevemente discutido acima, os sensores fotoacústicos também podem ser sensíveis a energia vibracional no seu ambiente de operação. A patente norte-americana No. US 4.818.882, por exemplo, revela o uso de dois microfones opostos para reduzir a sensibilidade a vibração. Os microfones são virados opostamente e são simetricamente posicionados a cerca do centro de gravidade do ar contido na câmara de medição. Os sinais dos dois microfones opostos são somados para reduzir o efeito de vibração sobre a saída do sensor. Microfones uniformes são requeridos para uma compensação simultânea do sinal de vibração a partir de ambos o ar e a membrana.

Embora já ocorressem avanços no campo de sensores fotoacústicos, ainda permanece desejável desenvolver sensores de gás fotoacústicos aperfeiçoados, dispositivos para o uso em sensores de gás fotoacústicos e métodos para a fabricação de sensores de gás fotoacústicos. Sumário da Invenção

Geralmente, a presente invenção proporciona um sensor fotoacústico para medir um gás a ser analisado em um ambiente. Em um aspecto, o sensor fotoacústico inclui um sistema de sensor para uma detecção fotoacústica, pelo menos um sensor de pressão para cancelar ruídos e um sistema de controle em conexão operacional com o sensor de pressão para cancelar ruídos para ativamente cancelar os efeitos de ruídos no ambiente do sistema de sensores. 0 sistema de sensores tipicamente inclui um medidor de volume, uma fonte de energia luminosa e um sensor de pressão fotoacústico.

Em várias realizações preferidas, o sensor de pressão para cancelar ruídos é um primeiro microfone e o sensor de pressão fotoacústico é um segundo microfone. O sensor de pressão para cancelar ruídos (por exemplo, um microfone) pode estar em conexão acústica com um volume inicial, o qual está em conexão com um medidor de volume. O sensor fotoacústico pode incluir ainda mais uma barreira entre o medidor de volume e o volume inicial. A barreira pode incluir uma válvula. A barreira entre o medidor de volume e o volume inicial pode, alternativamente, incluir um primeiro elemento de difusão operativo para atenuar as ondas de pressão enquanto permitindo a difusão das moléculas do gás a ser analisado através do mesmo. O sensor fotoacústico pode adicionalmente incluir um segundo elemento de difusão posicionado entre o volume inicial e uma entrada do sensor de gás fotoacústico. 0 segundo elemento de difusão é operativo para atenuar as ondas de pressão enquanto permitindo a difusão das moléculas do gás a ser analisado através do mesmo. 0 primeiro elemento de difusão e o segundo elemento de difusão podem, por exemplo, ser elementos de metal sinterizados.

Adicionalmente, o sensor fotoacústico pode incluir um alto-falante o qual é operativo para funcionar com um sinal geralmente inverso a um sinal de saida do sensor de pressão para cancelar ruídos. Em várias realizações, o alto falante é funcional apenas sobre uma variação de freqüência nas proximidades da freqüência operacional do sensor fotoacústico.

O volume do volume inicial pode, por exemplo, não ser maior do que dez vezes o do medidor de volume. O volume do volume inicial também pode não ser maior do que cinco vezes o do medidor de volume. Em várias realizações, o volume do volume inicial não é maior do que o do medidor de volume.

Adicionalmente, o sensor fotoacústico pode incluir pelo menos um sensor de cancelamento de vibração (por exemplo, um microfone ou um acelerômetro) que não está em conexão acústica com o medidor de volume ou com o ambiente. O microfone fotoacústico e o sensor de cancelamento de vibração podem, por exemplo, ser montado por sobre uma superfície comum.

Num outro aspecto, a presente invenção proporciona um sensor fotoacústico incluindo um medidor de volume, uma fonte de energia luminosa, um microfone fotoacústico, e pelo menos um sensor de cancelamento de vibração (por exemplo, um microfone ou um acelerômetro). O sensor de cancelamento de vibração não está em conexão acústica com o medidor de volume ou com o ambiente. Em várias realizações o sensor fotoacústico é um primeiro microfone e o sensor para cancelar ruídos é um segundo microfone. 0 microfone fotoacústico e o microfone de cancelamento de vibração podem, por exemplo, ser posicionados para estarem geralmente no mesmo plano ou em planos geralmente paralelos. 0 microfone fotoacústico e o microfone de cancelamento de vibrações podem, por exemplo, ser montados sobre uma superfície comum.

Adicionalmente, o sensor fotoacústico pode incluir pelo menos um sensor de pressão para cancelar ruídos e um sistema de controle em conexão operacional com o sensor de pressão para cancelar ruídos para ativamente cancelar os efeitos dos ruídos em um ambiente sobre o sistema de sensores. O sensor de pressão para cancelar ruídos pode ser um microfone. Conforme acima descrito, o sensor fotoacústico pode, adicionalmente, incluir um alto falante o qual é operativo para funcionar com um sinal geralmente inverso a um sinal de saída do sensor de pressão para cancelar ruídos.

Num aspecto adicional, o sensor fotoacústico inclui um medidor de volume, uma fonte de energia luminosa e um sensor de pressão fotoacústico. Preferivelmente, o medidor de volume tem uma superfície interna que é continuamente curvada substancialmente sobre toda a superfície interna exceto onde uma janela na conexão ótica com a fonte de luz intersectao medidor de volume. No que diz respeito a este fator, em várias realizações a superfície interna do medidor de volume (excluindo aquela onde a janela intersectao medidor de volume) é curvada por sobre pelo menos 90% do mesmo. Se a superfície da fonte de luz também é curvada, o medidor de volume (o qual é definido, em parte, pela sua inter secção com a fonte de luz) pode ser continuamente curvado sobre substancialmente toda a superfície interna do mesmo. Em várias realizações a superfície interna é geralmente esférica sobre substancialmente toda a superfície interna a não ser aquela onde a janela intersectao

30 medidor de volume.

A presente invenção, em conjunto com os atributos e as atuais vantagens da mesma será melhor apreciada e compreendida tendo em vista a seguinte descrição detalhada que é feita em conjunto com os desenhos acompanhantes. Breve Descrição dos Desenhos

A Fig. IA ilustra uma representação gráfica do cancelamento de sinal no qual os ruídos ambientais são cancelados usando um sinal de fase invertido; a Fig. IB ilustra uma representação gráfica da

redução de ruído ativa e passiva;

a Fig. 2 ilustra uma vista de seção transversal de uma realização de um sensor de gás fotoacústico de acordo com a presente invenção incluindo um volume inicial tendo (em conexão acústica com o mesmo) um alto falante e um microfone de cancelamento de ruídos adaptados para cancelar ruídos ativamente;

a Fig. 3 ilustra uma vista de seção transversal de mais uma outra realização de um sensor de gás fotoacústico de acordo com a presente invenção incluindo um medidor de volume inicial tendo (em conexão acústica com o mesmo) um microfone para cancelar ruídos adaptado para cancelar ativamente os ruídos sem um alto falante;

a Fig. 4 ilustra uma vista de seção transversal de uma outra realização de um sensor de gás fotoacústico de acordo com a presente invenção incluindo um microfone para o cancelamento de ruídos adaptado para cancelar ativamente os ruídos sem um elemento de difusão adjacente a entrada do sensor de gás fotoacústico;

a Fig. 5 ilustra uma vista de seção transversal de uma outra realização de um sensor de gás fotoacústico de acordo com a presente invenção incluindo um microfone para cancelar vibrações;

a Fig. 6 ilustra uma vista de seção transversal de uma outra realização de um sensor de gás fotoacústico de acordo com a presente invenção incluindo um microfone para cancelar vibrações sem um elemento de difusão adjacente a entrada do sensor

de gás fotoacústico;

a Fig.7 ilustra uma vista de seção transversal de uma outra realização de um sensor de gás fotoacústico de acordo com a presente invenção incluindo um microfone para o cancelamento de ruídos e um microfone para cancelar vibrações no qual o microfone para cancelar vibrações é direcionado e, oposição ao microfone

fotoacústico; e

a Fig. 8 ilustra um sensor fotoacústico de acordo com

a presente invenção incluindo um sistema de válvula, um sistema de

cancelamento de ruídos de acordo com a presente invenção e um

sistema de cancelamento de vibração de acordo com a presente

invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

Em geral, a compensação de ruído ativa pode operar no princípio da inversão de fase, no qual ondas sonoras são canceladas por meio de uma inversão de fase de 180° das ondas sonoras conforme é ilustrado pela Figura 1 A. veja, por exemplo, Aviation Headsets with NoiseGard™ Active Noise Compensation (Fones de Ouvido para a Aviação com Compensação de Ruídos Ativa NoiseGard™)- Introdução, Sennheiser Publ. 05/02. 0 cancelamento de ruídos pode, por exemplo, ser efetuado usando uma cápsula de microfone eletreto e um circuito de feedback. 0 circuito eletrônico pode ser usado para processar ruídos ambientais, invertendo a fase do mesmo por 180° e mixando este ruído de fase invertida com o ruido ambiental original. Assim sendo, ruídos indesejáveis são significativamente reduzidos. A Fig. IB ilustra que estes cancelamentos de ruídos podem reduzir ruídos de baixa freqüência por uma ou duas dezenas nos fone de ouvido NoiseGard™ disponíveis a partir de Sennheiser.

0 presente inventor descobriu que os métodos e os dispositivos para a compensação e o cancelamento ativos de ruídos podem ser utilizados em conexão com sensores fotoacústicos com resultados surpreendentemente bons. Conforme aqui usado, os termos "cancelamento ativo" ou "cancelamento ativo de ruídos" se referem a um processo para a medição de um nível de ruído e a geração de um sinal para cancelar, compensar o, ou reduzir os efeitos do ruído. Conforme aqui usado, o termo "cancelar" e os termos relacionados (por exemplo, "cancelando" ou "cancelamento") se referem a qualquer redução de um efeito, incluindo a eliminação completa do mesmo. 0 sinal pode ser usado para direcionar um alto falante a acusticamente cancelar o ruído. Alternativamente, o sinal pode ser usado para efetuar um processamento de sinal análogo ou digital para cancelar ou para compensar o ruído. Em geral, na presente invenção, é desejável cancelar ou compensar ativamente as ondas de ruído/de pressão na variação de freqüência de operação dos sensores fotoacústicos de acordo com a presente invenção.

A Figura 2 ilustra uma realização de um sensor fotoacústico 5 de acordo com a presente invenção na qual um volume relativamente pequeno (tipicamente menor do que 1 ml) com um cancelamento ativo de ruído substitui o grande volume de SDE (aproximadamente 350 ml) em um sensor fotoacústico similar aquele revelado no Pedido de Patente Norte Americano de No. US 7,034,943. Os sensores conforme revelados no Pedido de Patente Norte Americano de No. US 7,034,943 são, por exemplo, comercialmente disponíveis a partir da Mine Safety Appliances Company sob a marca registrada CHILGARD® LS. No sensor fotoacústico 5 da Figura 2, um microfone 10 (ou outro dispositivo de sensoramento de pressão, tal como um transdutor de pressão piezelétrico) e um pequeno alto falante 20 são posicionados em uma conexão comunicativa com um volume inicial 30 entre um primeiro ou um elemento difusor externo 40 e um segundo ou um elemento difusor interno 50.

Na realização da Figura 2, o elemento de difusão 40 e o elemento de difusão 50, por exemplo, podem ser um material poroso tal como um disco de metal sinterizado. Os elementos de difusão adequados para o uso na presente invenção permitem a difusão das moléculas da espécie de gás de interesse (isto é, o gás ou os gases a serem analisados), através do volume inicial 30 e no interior de um sensor de volume (ou medidor) ou uma câmara 60 do detector fotoacústico 5, enquanto atenua as ondas de ruído/pressão. Conforme é conhecido na técnica, um disco sinterizado 40 atua para atenuar as fontes externas de ondas de pressão pelo impedimento do progresso das ondas de pressão de ar incidente por sobre a entrada fotoacústica das células de gás, enquanto oferece apenas uma resistência mínima a difusão das moléculas de gás no sensor fotoacústico 5 a partir da entrada. Na realização ilustrada da Figura 2, um segundo ou um disco sinterizado interno 50 também atua para atenuar fontes externas de ondas de pressão por meio de, adicionalmente, impedir o progresso de quaisquer ondas de pressão de ar que passem através do primeiro disco sinterizado 40. Conforme o disco sinterizado 40, o disco sinterizado 50 preferivelmente oferece apenas uma resistência mínima a difusão das moléculas de gás no interior da câmara de medição fotoacústica das células 60. Conforme nos sensores acústicos em geral, ondas de som de uma intensidade correspondendo ao nível de concentração do gás a ser analisado, são geradas quando a energia ótica a partir da luz incidente sobre a câmara do sensor 60 é convertida em energia acústica, quando da absorção pelo gás a ser analisado, causando uma excitação mecânica das moléculas do gás a ser analisado assim gerando flutuações de pressão de uma intensidade proporcional ao número de moléculas de gás localizadas no interior da câmara de sensoramento 60. As ondas de som/de pressão na câmara de sensoramento 60 são detectadas pelo microfone 70 ou por outro dispositivo de sensoramento de pressão (por exemplo, um transdutor piezelétrico).

O alto falante 20 é operado com um sinal inverso do microfone 10 (veja a Figura IA) . Um circuito de feedback de cancelamento ativo de ruído pode, por exemplo, ser construído a partir de tanto um componente de circuito análogo ou um componente de circuito digital no circuito mestre de processamento/controle 80. O alto falante 20 pode, por exemplo, ser operado apenas próximo ou nas proximidades da variação de freqüência fotoacústica de operação. A operação sobre tal variação reduzida de freqüência reduz o consumo de energia, reduz o risco de saturar o alto falante 20 e, pode aumentar a estabilidade do circuito de feedback de cancelamento ativo de ruído. O Alto falante 20, por exemplo, pode ser operado em uma variação de 25% (ou até 10%) acima ou abaixo da variação operacional de freqüência do sensor fotoacústico (ou em uma escala logarítmica). Em várias realizações, a freqüência operacional dos sensores fotoacústicos de acordo com a presente invenção é menor do que 20 Hz (por exemplo, na variação de aproximadamente 8 a 16 Hz) . Um rebaixamento de, por exemplo, aproximadamente 3 dB por década no cancelamento de ruído a cerca da ou nas proximidades de operação da variação de freqüência pode ser algo adequado.

0 volume do volume inicial 30 pode, por exemplo, não ser maior do que dez vezes o volume da câmara de medição ou de sensoramento 60, ou pode não ser maior do que cinco vezes o volume da câmara de sensoramento ou de medição 60. Em várias realizações de acordo com a presente invenção, o volume do volume inicial 30 não era maior do que o volume da câmara de sensoramento ou de medição 60. Por exemplo, em várias realizações o volume da câmara de sensoramento ou de medição era de aproximadamente 1 ml, enquanto o volume do volume inicial 30 era de aproximadamente 0.5 ml.

Em mais outra realização alternativa de um sensor fotoacústico 5a de acordo com a presente invenção, conforme ilustrado na Figura 3, o alto falante é omitido. Nesta realização o microfone de cancelamento de ruído 10 é usado para medir ruído acústico externo (ondas de pressão passando através do disco sinterizado 40). O sinal medido pode ser usado no processamento do sinal fotoacústico. Por exemplo, o sinal medido pode ser escalado e pode ser subtraído a partir do sinal fotoacústico em qualquer uma das formas seja análoga ou digital. A escala do microfone de cancelamento de ruído 10 é preferivelmente limitada para não saturar o seu sinal de saída.

Em mais outra realização alternativa de um sensor fotoacústico 5b de acordo com a presente invenção conforme ilustrado na Figura 4, o elemento de difusão mais externo ou o disco sinterizado pode ser omitido, essencialmente eliminando o volume inicial 30. Outra vez, a escala do microfone de cancelamento de ruído 10 é preferivelmente limitada nesta realização para não saturar a sua saída. Usando técnicas de processamento de sinal (conforme descrito, por exemplo, em conexão com as Figuras 3 e 4) pode proporcionar um número de benefícios quando comparado ao uso de um alto falante para cancelar ruídos acusticamente conforme é descrito em conexão com a Figura 2. Por exemplo, quando comparado ao uso de um alto falante para cancelar o ruído acusticamente, o uso de um processamento de sinais pode proporcionar benefícios incluindo, mas não se limitando a, a redução do custo de fabricação, a redução dos requerimentos de energia operacional, melhor monitoramento no que diz respeito a retardamento de fase, menor mudança relacionada ao tempo de resposta/de saída (ou aperfeiçoamento na estabilidade) e a redução do tamanho em geral do sensor fotoacústico. Entretanto, o uso de um alto falante para cancelar um ruído acusticamente pode proporcionar redução de ruído de maiores amplitudes de ruído do que pode cancelar via um processamento de sinal, uma vez que o microfone de medição pode, mais prontamente, se tornar saturado no caso de um sistema de

processamento de sinal.

Um sensor fotoacústico também pode ser suscetível a vibração e a trepidação. Por exemplo, os sensores fotoacústicos para a detecção de gás refrigerante podem ser montados sobre ou próximo de suportes para compressores de refrigeração e são, freqüentemente, sujeitos a uma vibração substancial. Um sensor de cancelamento de vibração IOc (por exemplo, um microfone ou um acelerômetro), conforme ilustrado na Figura 5 pode ser instalado nos sensores fotoacústicos de acordo com a presente invenção. Em uma realização, um microfone IOc foi usado. Geralmente, o microfone IOc pode, por exemplo, ser instalado no mesmo plano ou em um plano geralmente paralelo ao do microfone fotoacústico 70. Todavia, o microfone 10c não se encontra, preferivelmente, em uma conexão ótica ou acústica com a câmara de sensoramento ou de medição 60, e não se encontra em uma conexão acústica com o ambiente no seu entorno conforme ilustrado na Figura 5. Por causa do microfone de cancelamento de vibração IOc estar isolado a partir de flutuações associadas com uma conexão acústica com a câmara de medição 60 e com o ambiente no seu entorno, o mesmo não responde a acústica, mas responde apenas a vibração. Todavia, não há necessidade de isolar o microfone de cancelamento de vibração 10c (ou outro sensor de cancelamento de vibração) a partir de mudanças de pressão as quais o microfone de cancelamento de vibração 10c não é sensível (por exemplo, mudanças barométricas de pressão). O microfone 10c e outros componentes (incluindo o microfone fotoacústico 70) encontram-se, preferivelmente, fora de conexão ótica com a câmara de medição 60 (de tal maneira que uma luz infravermelha não colide sobre a mesma) uma vez que os elementos ou os materiais do microfone 10c e outros componentes podem às vezes interagir com a luz infravermelha para causar sinais que não são essenciais ou relacionados.

O sinal a partir de microfones de cancelamento de vibração 10c pode, por exemplo, ser usado em um ou mais algoritmos para cancelar ou para reduzir efeitos vibracionais a partir do sinal fotoacústico tanto em uma forma análoga ou numa forma digital. O sinal a partir do microfone de cancelamento de vibração 10c pode, por exemplo, ser escalado e pode ser subtraído a partir do sinal fotoacústico no caso do microfone de cancelamento de vibração 10c estar posicionado na mesma posição que o microfone

fotoacústico 70.

Em geral, a instalação do microfone 10c no,

geralmente, mesmo plano ou em um plano, geralmente, paralelo ao do microfone fotoacústico 70 pode simplificar a fabricação quando comparado, por exemplo, ao uso de microfones opostos (por exemplo, no interior de um medidor de volume de um sensor fotoacústico). Por exemplo, o microfone IOc e o microfone fotoacústico 70 podem ser montados sobre uma superfície no mesmo plano (por exemplo, sobre uma superfície comum tal como uma placa de circuito impresso ou uma PCB) conforme está ilustrado nas Figuras 5 e 6. Adicionalmente, a instalação de um microfone IOc no lado de fora de uma câmara de sensoramento ou de medição 60 e sem uma conexão ótica ou acústica com a câmara 60 simplifica, adicionalmente, a sua fabricação.

Em ainda outra realização alternativa de um sensor fotoacústico 5d de acordo com a presente invenção conforme ilustrado na Figura 6, o elemento de difusão mais externo ou o disco sinterizado é omitido, essencialmente eliminando o volume inicial 30.

A omissão do elemento mais externo de difusão (conforme ilustrado em conexão com as Figuras 4 e 6) pode, por exemplo, reduzir o tempo de resposta dos sensores fotoacústicos de acordo com a presente invenção. Uma barreira, preferivelmente, tal como um elemento de difusão mais interno 50, permanece entre a câmara fotoacústica de sensoramento ou de medição 60 e o ambiente. O elemento de difusão 50 também separa (ambos, oticamente e acusticamente) a câmara fotoacústica de sensoramento e de medição 60 a partir de qualquer sensor de cancelamento de ruído. Conforme acima descrito, volumes iniciais

relativamente pequenos ou nenhum volume pode ser usado nos sistemas de cancelamento de ruído de acordo com a presente invenção, daí, portanto, eliminando a necessidade de grandes volumes de SDE ou volumes de referência cuidadosamente comparados conforme usado em um número de sensores fotoacústicos correntemente disponíveis. Uma simples entrada de gás pode ser usada nos sensores fotoacústicos de acordo com a presente invenção. 0 microfone (e o alto falante em algumas realizações) dos sistemas de compensação ou de redução ou de cancelamento de ruidos de acordo com a presente invenção é posicionado em uma conexão acústica com a entrada a montante da câmara de

sensoramento ou de medição.

A Figura 7 ilustra um sensor fotoacústico 5e de acordo com a presente invenção incluindo ambos um microfone de cancelamento de som 10 e um microfone de cancelamento de vibração IOe. Na realização da Figura 7, o microfone de cancelamento de vibração IOe é posicionado em um plano geralmente paralelo ao plano do microfone fotoacústico 70 mas é direcionado em uma direção oposta. O microfone de cancelamento de vibração IOe pode, por exemplo, ser montado sobre uma superfície sobre um lado oposto da placa de circuito impresso 90. No caso do microfone de cancelamento de vibração IOe ser direcionado opostamente ao microfone fotoacústico 70, o algoritmo é invertido quando comparado ao caso quando o microfone de cancelamento de vibração IOe encontra-se na mesma direção do microfone fotoacústico 70. O sinal a partir do microfone de cancelamento de vibração IOe pode, por exemplo, ser escalado e adicionado ao sinal fotoacústico.

Embora o uso de um ou de mais elementos de difusão tais como discos sinterizados estejam ilustrados nas realizações representativas das Figuras 2 até a Figura 7, um indivíduo com especialização na técnica subentenderá que os métodos, os dispositivos e os sistemas de cancelamento ou de compensação ativa de ruído ou de vibração de acordo com a presente invenção também, podem ser usados em conexão com os sensores fotoacústicos incluindo sistemas de válvulas. A Figura 8, por exemplo, ilustra um sensor fotoacústico 105 incluindo as válvulas 140, 140', 150 e 150' , as quais são abertas e são fechadas de uma maneira sincronizada conforme é conhecido na técnica de sensores fotoacústicos para controlar a passagem do gás a ser analisado para dentro e para fora do sensor de gás fotoacústico 105.

Na realização ilustrada, a primeira válvula 140 é posicionada em uma entrada de um primeiro volume ou de um volume inicial 130. O volume 130 é separado a partir de um segundo volume ou um medidor de volume 160 por uma segunda válvula 150. O gás sai do sensor 105 via um terceiro volume 130' ligado pelas válvulas 150' e 140' . Em uma realização preferida, cada um dos primeiro volume 130 e terceiro volume 130' inclui um sistema de cancelamento de ruido em uma conexão operacional nos mesmos. No que diz respeito a este fator, um primeiro microfone de cancelamento de ruido 110 conforme acima descrito encontra-se em conexão acústica com o primeiro volume 130. Um alto falante de cancelamento de ruido 120 conforme o acima descrito também pode ser posicionado em uma conexão acústica com o primeiro volume 130. De uma maneira similar, um segundo microfone de cancelamento de ruido 110' encontra-se em conexão acústica com o terceiro volume 130' , e um segundo alto falante de cancelamento de ruido 120' também pode ser posicionado em conexão acústica com o terceiro volume 130' . O sensor fotoacústico 105 pode, adicionalmente, incluir um sensor de cancelamento de vibração 115 (por exemplo, um microfone ou um acelerômetro) conforme acima descrito, o qual é isolado a partir de uma conexão fotoacústica com o medidor de volume 160 e é isolado a partir de uma conexão acústica com o primeiro volume, com o terceiro volume e com o ambiente no seu entorno. Cada um dos microfones 110, 110', 170 e 115, assim como os alto falantes 120 e 120' (se presente) encontram-se em conexão comunicativa com o circuito central ou com o sistema de controle 180.

Tipicamente, ondas de pressão ou de ruido não essenciais não são um problema significativo nos sensores fotoacústicos equipados com sistemas de válvulas como nos sensores difusores fotoacústicos. Todavia, os dispositivos, os métodos e os sistemas de cancelamento ativo de ruidos de acordo com a presente invenção podem ser usados para aperfeiçoar a sensibilidade de sensores fotoacústicos em sensores fotoacústicos incluindo os sistemas de válvulas.

Conforme ilustrado, por exemplo, em conexão com a Figura 8, os medidores de volume de acordo com a presente invenção, preferivelmente, são formados para terem uma superfície substancialmente curvada ou totalmente curvada por toda a área de superfície interna do mesmo. Nas realizações ilustradas, os medidores de volume 60 e 160 têm um formato esférico (além daquele no plano da conexão operacional com uma superfície, geralmente, planar de uma janela 162 separando a fonte de luz infravermelha 165 a partir do medidor de volume 160) . Veja, por exemplo, a Figura 8. Nos vários sensores fotoacústicos correntemente disponíveis, o medidor de volume tem o seu formato cilíndrico ou de outra forma inclui quinas de ângulos agudos ou interseções resultando em uma distribuição não uniforme de luz em toda a sua dimensão. Adicionalmente, um volume geralmente esférico proporciona um aquecimento mais eficiente do gás no medidor de volume no caso do sensor fotoacústico conter o gás a ser analisado.

Em várias realizações de acordo com a presente invenção, como, por exemplo, estão ilustrados nas Figuras de 2 a 8, os corpos dos sensores fotoacústicos foram esculpidos a partir de blocos sólidos de alumínio.

A descrição acima mencionada e os desenhos acompanhantes apresentam as realizações preferidas da invenção no atual momento em tempo. É claro que várias modificações, adições e desenhos alternativos serão e se tornarão aparentes para aqueles indivíduos com especialização na técnica devido aos ensinamentos acima mencionados sem partir a partir do escopo da invenção. 0 escopo da invenção é indicado pelas seguintes reivindicações ao invés de apenas pela descrição acima mencionada. Todas as mudanças e todas as variações que caírem dentro do significado e da variação de equivalência das reivindicações, devem ser englobadas dentro do seu escopo.

Claims

1. Sensor fotoacústico para a medição do gás a ser analisado em um ambiente, o sensor fotoacústico caracterizado pelo fato que compreende um sistema de sensor para detecção fotoacústica, pelo menos um sensor de pressão para o cancelamento de ruídos e um sistema de controle em conexão operacional com o sensor de pressão para o cancelamento de ruídos para ativamente cancelar os efeitos de ruídos no ambiente sobre o sistema de sensoramento.

2. Sensor fotoacústico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o sistema de sensoramento inclui um medidor de volume, uma fonte de energia luminosa e um sensor de pressão fotoacústico.

3. Sensor fotoacústico de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato que o sensor de pressão para o cancelamento de ruídos é um primeiro microfone e o sensor de pressão fotoacústico é um segundo microfone.

4. Sensor fotoacústico de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato que o sensor de pressão para o cancelamento de ruídos está em conexão acústica com um volume inicial, o qual está em conexão com o medidor de volume, o sensor fotoacústico adicionalmente compreendendo uma barreira entre o medidor de volume e o volume inicial.

5. Sensor fotoacústico de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato que a barreira entre o medidor de volume e o volume inicial é um primeiro elemento de difusão operativo para atenuar ondas de pressão enquanto permitindo a difusão das moléculas do gás a ser analisado através do mesmo.

6. Sensor fotoacústico de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato que adicionalmente compreende um segundo elemento de difusão posicionado entre o volume inicial e uma entrada do sensor de gás fotoacústico, o segundo elemento de difusão sendo operativo para atenuar ondas de pressão enquanto permitindo a difusão das moléculas do gás a ser analisado através do mesmo.

7. Sensor fotoacústico de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato que o primeiro elemento de difusão e o segundo elemento de difusão são elementos de metal sinterizado.

8. Sensor fotoacústico de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato que adicionalmente compreende um alto falante, o alto falante sendo operacional para ser acionado com um sinal geralmente inverso a um sinal de saída do sensor de pressão para o cancelamento de ruídos.

9. Sensor fotoacústico de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato que o volume do volume inicial não é maior do que dez vezes o do medidor de volume.

10. Sensor fotoacústico de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato que o volume do volume inicial não é maior do que cinco vezes o do medidor de volume.

11. Sensor fotoacústico de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato que o volume do volume inicial não é maior do que o do medidor de volume.

12. Sensor fotoacústico de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato que adicionalmente compreende pelo menos um sensor de cancelamento de vibração que não está em conexão acústica com o medidor de volume ou com o ambiente.

13. Sensor fotoacústico de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato que o sensor de pressão fotoacústico é um primeiro microfone e o sensor de cancelamento de vibração é um segundo microfone.

14. Sensor fotoacústico para a medição de um gás a ser analisado em um ambiente, o sensor fotoacústico caracterizado pelo fato que compreende um medidor de volume, uma fonte de energia luminosa, um microfone fotoacústico, e pelo menos um sensor de cancelamento de vibração, onde o sensor de cancelamento de vibração não está em conexão acústica com o medidor de volume ou com o ambiente.

15. Sensor fotoacústico de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato que o sensor de cancelamento de vibração é um microfone.

16. Sensor fotoacústico de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato que adicionalmente compreende pelo menos um sensor de pressão para o cancelamento de ruídos e um sistema de controle em conexão operacional com o sensor de pressão para o cancelamento de ruídos para ativamente cancelar os efeitos de ruídos no ambiente sobre o sistema de sensoramento.

17. Sensor fotoacústico de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato que o sensor de pressão para o cancelamento de ruídos é um microfone.

18. Sensor fotoacústico de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato que adicionalmente compreende um alto falante, o alto falante sendo operacional para ser acionado com um sinal geralmente inverso a um sinal de saída do sensor de cancelamento de ruídos.

19. Sensor fotoacústico caracterizado pelo fato que compreende um medidor de volume, uma fonte de energia luminosa e um sensor de pressão fotoacústico, o medidor de volume tendo uma superfície interna que é continuamente curva ao longo de substancialmente toda a superfície interna exceto onde uma janela em conexão ótica com a fonte de luz intersecta o medidor de volume.

20. Sensor fotoacústico de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato que a superfície interna é esférica ao longo de substancialmente toda a superfície interna exceto onde a janela intersecta o medidor de volume.